(57)【要約】      （修正有）【課題】スイッチング電源の二次電圧を第１の電圧、およびさらに降圧した第２の電圧を一定電圧に生成することができるとともに、第２の電圧を生成するコンバータがショート状態等の異常が発生した場合、負荷あるいは構成部品に故障を与えることがなく、故障状態を報知することができるスイッチング電源における過電圧保護装置を提供する。【解決手段】整流回路１４は、高周波トランス１３の二次側において、第１の直流電圧を得る。第１のフィードバック回路１３４は、整流回路１４によって得られた第１の直流電圧を検出するとともに高周波トランス１３の一次側のスイッチング回路１３３にフィードバックする。第２のフィードバック回路１３５は、コンバータ１５によって得られた第２の直流電圧を検出し、高周波トランスの一次側のスイッチング回路１３３にフィードバックする。【選択図】図１
2010017050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源、商用電源整流回路、高周波トランス、前記高周波トランスの一次側に設けられた電力スイッチング素子、前記高周波トランスの二次側に設けられた整流回路、により直流電力を得るスイッチング電源における過電圧保護装置において、
前記高周波トランスの二次側に設けられ、第１の直流電圧を得る整流回路と、
前記整流回路によって得られた第１の直流電圧を検出するとともに前記高周波トランスの一次側にフィードバックする第１のフィードバック回路と、
前記第１の直流電圧をさらに低い第２の直流電圧に変換するコンバータと、
前記コンバータによって得られた第２の直流電圧を検出するとともに前記高周波トランスの一次側にフィードバックする第２のフィードバック回路と、
から少なくとも構成されていることを特徴とするスイッチング電源における過電圧保護装置。
【請求項２】
前記コンバータがショート状態になった場合、前記第１のフィードバック回路および第２のフィードバック回路によって、前記第１の直流電圧および前記第２の直流電圧を前記第１の直流電圧より低く、かつ、第２の直流電圧より高い第３の電圧に収束することを特徴とする請求項１に記載されたスイッチング電源における過電圧保護装置。
【請求項３】
前記第１のフィードバック回路および第２のフィードバック回路は、フォトカプラーを介してフィードバックされ、前記電力スイッチング素子に印加されることを特徴とする請求項１に記載されたスイッチング電源における過電圧保護装置。
【請求項４】
前記第２のフィードバック回路は、第２の直流電圧の異常を検出した際に、前記異常を報知する報知手段に接続されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載されたスイッチング電源における過電圧保護装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング電源の二次電圧を第１の電圧、およびさらに降圧した第２の電圧を一定電圧に生成することができるとともに、第２の電圧を生成するコンバータがショート状態等の異常が発生した場合、負荷あるいは構成部品に故障を与えることがなく、前記故障状態を報知することができるスイッチング電源における過電圧保護装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のスイッチング電源は、二次側電圧をさらに降圧するために、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路を搭載している。前記ＤＣ−ＤＣコンバータ回路は、内部のスイッチング素子がショート故障を起こした場合、二次側電圧がそのまま降圧されずに出力電圧となる。前記降圧されない二次側電圧は、前記コンバータ回路あるいは負荷を故障させるだけでなく、発火、発煙を招く危険があった。
【０００３】
図４は従来例のスイッチング電源における過電圧保護装置を説明するための回路図である。図５は従来のスイッチング電源における過電圧保護装置の故障時の電圧波形を説明するための図である。図４において、従来のスイッチング電源は、商用電源４１と、商用電源整流回路４２と、スイッチング回路４３３と、電源トランス４３と、整流回路４４と、ＤＣ−ＤＣコンバータ４５と、過電流保護素子４４５と、過電圧保護用スイッチ４４６とから少なくとも構成されている。
【０００４】
電源トランス４３は、一次コイル４３１、４３１′および二次コイル４３２から少なくとも構成されている。前記電源トランス４３の一次側には、スイッチング回路４３３および第１の直流電圧からのフィードバック回路４３４が設けられている。前記電源トランス４３の二次側には、整流回路４４が設けられ、第１の直流電圧４４１が生成される。前記第１の直流電圧４４１は、第１の負荷回路４７に電力が供給される。
【０００５】
また、前記二次側に設けられた第１の直流電圧フィードバック回路４４２は、前記第１の直流電圧４４１を検出するとともに、たとえば、図示されていない、フォトカプラーを介して、第１の直流フィードバック回路４３４に伝達されるとともに、スイッチング回路４３３に印加され、第１の直流電圧を一定の電圧に保持する。
【０００６】
第１の直流電圧４４１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ４５によって、第２の直流電圧４５１に降圧される。前記第２の直流電圧４５１は、第２の負荷回路４８に電力を供給する。第２の直流電圧４５１には、過電圧検出回路４６が設けられている。前記過電圧検出回路４６は、過電圧を検出した場合、前記整流回路４４とアース間に設けられた過電圧保護用スイッチ４４６を切断し、第２の負荷回路４８の保護を行なう。また、過電流保護素子４４５は、整流回路４４とＤＣ−ＤＣコンバータ４５の間に設けられ、過電流を検出することにより、以降の回路を保護するように、たとえば、溶断する。
【０００７】
図５は従来例における第１の直流電圧と第２の直流電圧および、ＤＣ−ＤＣコンバータがショートした場合の電圧波形図である。図５は、ｘ軸が時間、ｙ軸が電圧の大きさである。第１の直流電圧４４１および第２の直流電圧４５１は、電源回路およびＤＣ−ＤＣコンバータ４５等に故障がなく、最初、正常状態が示されている。第２の直流電圧４５１は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ４５がショート故障を発生した場合、図５に示すように、第１の直流電圧４４１に近づき、一時的に高い電圧４９になる。
【０００８】
前記過電圧検出回路４６は、前記過電圧を検出して、過電圧保護用スイッチ４４６を遮断すると同時に、過電流保護素子４４５が溶断する。そのため、第２の直流電圧４５１は、０ボルトになり、第２の負荷回路４８が動作しなくなる。前記第２の付加回路４８は、たとえば、制御回路等であり、負荷の設定値あるいは故障の原因を報知することもできなくなる。
【０００９】
たとえば、特開平７−３２７３６０号公報に記載された過電圧保護回路は、電源回路の出力端子に接続されたツェナーダイオードにより、過電圧を保護している。
【特許文献１】特開平７−３２７３６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前記従来の過電圧保護回路は、過電流保護素子４４５の溶断、および過電圧を検出して、過電圧保護用スイッチ４４６を遮断することにより、第２の負荷回路４８を動作しないようにしていた。前記第２の負荷回路４８は、マイクロコンピュータである場合が多く、動作を停止させた場合、電源回路の異常判断手段が配置されている場合であっても、前記異常をユーザに報知することができないという欠点を有する。
【００１１】
以上のような課題を解決するために、本発明は、スイッチング電源回路における二次側の第１の直流電圧を、また、ＤＣ−ＤＣコンバータを介して降圧された第２の直流電圧を生成し、これらの電圧を前記スイッチング電源回路における一次側にフィードバックすることにより、前記第１の直流電圧および第２の直流電圧を一定にすることができるスイッチング電源における過電圧保護装置を提供することを目的とする。
【００１２】
本発明は、前記コンバータがショート状態になった場合、前記第１のフィードバック回路および第２のフィードバック回路によって、前記第１の直流電圧および前記第２の直流電圧を前記第１の直流電圧より低く、かつ、第２の直流電圧より高い第３の電圧に収束して、マイクロコンピュータの電源を停止することなく、前記故障状態を報知することができるスイッチング電源における過電圧保護装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
（第１発明）
第１発明の過電圧保護装置は、商用電源、商用電源整流回路、高周波トランス、前記高周波トランスの一次側に設けられた電力スイッチング素子、前記高周波トランスの二次側に設けられた整流回路、により直流電力を得るスイッチング電源であり、前記高周波トランスの二次側に設けられ、第１の直流電圧を得る整流回路と、前記整流回路によって得られた第１の直流電圧を検出するとともに前記高周波トランスの一次側にフィードバックする第１のフィードバック回路と、前記第１の直流電圧をさらに低い第２の直流電圧に変換するコンバータと、前記コンバータによって得られた第２の直流電圧を検出するとともに前記高周波トランスの一次側にフィードバックする第２のフィードバック回路とから少なくとも構成されていることを特徴とする。
【００１４】
（第２発明）
第２発明の過電圧保護装置は、前記コンバータがショート状態になった場合、前記第１のフィードバック回路および第２のフィードバック回路によって、前記第１の直流電圧および前記第２の直流電圧を前記第１の直流電圧より低く、かつ、第２の直流電圧より高い第３の電圧に収束することを特徴とする。
【００１５】
（第３発明）
第３発明の過電圧保護装置において、前記第１のフィードバック回路および第２のフィードバック回路は、フォトカプラーを介してフィードバックされ、前記電力スイッチング素子に印加されることを特徴とする。
【００１６】
（第４発明）
第４発明の過電圧保護装置において、前記第２のフィードバック回路は、第２の直流電圧の異常を検出した際に、前記異常を報知する報知手段に接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、第１の直流電圧および第２の直流電圧を検出して、高周波トランスの一次側のスイッチング回路にフィードバックするとともに、所望の第１の直流電圧および第２の直流電圧に収束することができる。
【００１８】
本発明によれば、第１の直流電圧および第２の直流電圧を高周波トランスの一次側スイッチング回路にフィードバックすることにより、前記第２の直流電圧を前記第１の直流電圧より低く、かつ、第２の直流電圧より高い第３の電圧に収束するように動作させるため、制御回路を動作させることができ、電源の異常を警報等により報知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（第１発明）
第１発明のスイッチング電源における過電圧保護装置は、商用電源、商用電源整流回路、高周波トランス、前記高周波トランスの一次側に設けられた電力スイッチング素子、前記高周波トランスの二次側に設けられた整流回路、により少なくとも異なった値からなる直流電圧を得るものである。前記整流回路は、前記高周波トランスの二次側において、第１の直流電圧を得る。第１のフィードバック回路は、前記整流回路によって得られた第１の直流電圧を検出するとともに前記高周波トランスの一次側のスイッチング回路にフィードバックすることにより、所望の第１の直流電圧に収束することができる。コンバータは、たとえば、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路からなり、前記第１の直流電圧をさらに低い第２の直流電圧に変換する。
【００２０】
第２のフィードバック回路は、前記コンバータによって得られた第２の直流電圧を検出し、前記高周波トランスの一次側のスイッチング回路にフィードバックすることにより、所望の第２の直流電圧に収束することができる。前記第１のフィードバック回路および第２フィードバック回路は、常に一定の第１の直流電圧および第２の直流電圧を生成することができる。
【００２１】
（第２発明）
第２発明のスイッチング電源における過電圧保護装置は、第１発明のコンバータがショート状態になった場合、過電流保護素子または過電圧保護スイッチを設けて、電源を遮断することなく、負荷の制御回路を動作させることができるようにしている。前記第１のフィードバック回路および第２のフィードバック回路は、第１の直流電圧および第２の直流電圧を前記スイッチング回路にフィードバックすることにより、前記第１の直流電圧および前記第２の直流電圧を前記第１の直流電圧より低く、かつ、第２の直流電圧より高い第３の電圧に収束するように動作する。前記第３の電圧は、制御回路を動作させることができ、負荷の設定を保持することができるだけでなく、電源の異常を警報等により報知することができる。
【００２２】
（第３発明）
第３発明のスイッチング電源における過電圧保護装置は、第１発明における第１のフィードバック回路および第２のフィードバック回路と前記電力スイッチング素子とをフォトカプラーによって接続し、それぞれの電圧がフィードバックされ、前記電力スイッチング素子に印加される。
【００２３】
（第４発明）
第４発明のスイッチング電源における過電圧保護装置は、第１発明から第３発明における第２のフィードバック回路が第２の電圧の異常を検出した際に、前記電力スイッチング素子にフィードバックされるとともに、前記検出された電圧によってコンバータがショート状態であることを報知手段によって報知する。本発明は、前記過電流保護素子または過電圧保護スイッチによって、電源回路を切断して保護するのではなく、制御回路が動作できる電圧を維持することにより、異常が何であるかを報知することが可能である。
【実施例１】
【００２４】
図１は本発明の一実施例であり、スイッチング電源における過電圧保護装置を説明するための回路図である。図１において、本発明のスイッチング電源は、商用電源１１と、商用電源整流回路１２と、スイッチング回路１３３と、電源トランス１３と、整流回路１４と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１５と、第１の直流電圧フィードバック回路１３４、１４２と、第２の直流電圧フィードバック回路１３５、１５２と第１の直流電圧監視回路１４３と、第２の直流電圧監視回路１５３と、マイクロコンピュータ１７と、表示器１８とから少なくとも構成されている。
【００２５】
電源トランス１３は、一次コイル１３１、１３１′および二次コイル１３２から少なくとも構成されている。前記電源トランス１３の一次側には、スイッチング回路１３３および第１の直流電圧からのフィードバック回路１３４、第２の直流電圧からのフィードバック回路１３５が設けられている。前記電源トランス１３の二次側には、整流回路１４が設けられ、第１の直流電圧１４１が生成される。前記第１の直流電圧１４１は、第１の負荷回路１６に電力が供給される。
【００２６】
また、前記二次側に設けられた第１の直流電圧フィードバック回路１４２は、前記第１の直流電圧１４１を第１の電圧監視回路１４３によって検出するとともに、たとえば、図示されていない、フォトカプラーを介して、第１の直流フィードバック回路１３４に伝達されるとともに、スイッチング回路１３３に印加され、第１の直流電圧を一定の電圧に保持する。
【００２７】
第１の直流電圧１４１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１５によって、第２の直流電圧１５１に降圧される。前記第２の直流電圧１５１は、第２の負荷回路１７（たとえば、マイクロコンピュータ）に電力を供給する。第２の直流電圧１５１は、第２の直流電圧監視回路１５３により検出され、第２の直流電圧フィードバック回路１５２から、たとえば、図示されていないフォトカプラーを介して、第２の直流フィードバック回路１３５に伝達されるとともに、スイッチング回路１３３に印加され、第２の直流電圧を一定の電圧に保持する。
【００２８】
前記第１の直流電圧フィードバック回路１３４および第２の直流電圧フィードバック回路１３５は、スイッチング回路１３３を制御することにより、電源トランス１３を介して、第１の直流電圧１４１および第２の直流電圧４５１を所望の値にすることができる。
【００２９】
図２は本発明の一実施例で、スイッチング電源における過電圧保護装置のフローチャートである。図２において、本発明の図１に示す過電圧保護装置は、商用電源１１が投入されて、動作が開始される（ステップ２１１）。商用電源１１は、商用電源整流回路１２により、直流に変換される（ステップ２１２）。スイッチング回路４４３、電源トランス１３、整流回路１４によって生成された第１の直流電圧は、第１の直流電圧監視回路１４３によって検出される（ステップ２１３）。
【００３０】
前記第１の直流電圧監視回路１４３によって検出された第１の直流電圧１４１は、第１の直流電圧フィードバック回路１３４によりフィードバックされるとともに、スイッチング回路１３３に印加される（ステップ２１４）。前記スイッチング回路１３３は、前記フィードバックされた電圧によって、電源トランス１３における二次側の電圧が収束して、所望の第１の直流電圧が生成される（ステップ２１５）。
【００３１】
前記第１の直流電圧は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１５により、降圧されて第２の直流電圧に変換される（ステップ２１６、２１７）。第２の直流電圧フィードバック回路１５２、１３５は、検出された第２の直流電圧によりスイッチング回路１３３にフィードバックされ、所望の第２の直流電圧に収束される（ステップ２１８、２１９）。
【００３２】
前記ステップ２２０において、第２の直流電圧監視回路１５３は、第２直流電圧が正常でないと判断した場合、その電圧を第２の直流電圧フィードバック回路１３５を介して、スイッチング回路１３３にフィードバックする（ステップ２２１）。前記スイッチング回路１３３は、前記フィードバックにより、第２の直流電圧を第３の直流電圧に収束する（ステップ２２２）。前記第３の直流電圧は、前記第１の電圧により低く、かつ、第２電圧より高く設定される。前記第３の直流電圧は、制御回路（マイクロコンピュータ）１７に供給される（ステップ２２３）。前記第３の直流電圧は、前記マイクロコンピュータ１７によって、電源回路におけるＤＣ−ＤＣコンバータ１５がショート状態であることを報知する（ステップ２２４）。
【００３３】
図３は本発明のスイッチング電源におけるＤＣ−ＤＣコンバータがショート状態の電圧波形を説明するための図である。図３において、第１の直流電圧１４１および第２の直流電圧１５１は、電源回路およびＤＣ−ＤＣコンバータ１５等に故障がなく、最初、正常状態が示されている。第２の直流電圧１５１は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ１５がショート故障を発生した場合、図３に示すように、第１の直流電圧１４１および第２の直流電圧１５１が第３の直流電圧１９に収束される。
【００３４】
前記ＤＣ−ＤＣコンバータ１５は、ショート状態が発生した場合、図３において、直流電圧１９１になる。しかし、本発明は、前記第１のフィードバック回路１３４、１４２、および第２のフィードバック回路１５２、１３５によって、第３の直流電圧１９に収束される。前記第３の直流電圧は、マイクロコンピュータ１７を動作させるとともに、表示器１８にＤＣ−ＤＣコンバータ１５がショート状態であることを報知することができる。
【００３５】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではない。そして、本発明は、特許請求の範囲に記載された事項を逸脱することがなければ、種々の設計変更を行うことが可能である。たとえば、本実施例におけるブロック構成図に記載された手段は、周知または公知のものに任意に変えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施例であり、スイッチング電源における過電圧保護装置を説明するための回路図である。（実施例１）
【図２】本発明の一実施例で、スイッチング電源における過電圧保護装置のフローチャートである。
【図３】本発明のスイッチング電源におけるＤＣ−ＤＣコンバータがショート状態の電圧波形を説明するための図である。
【図４】従来例のスイッチング電源における過電圧保護装置を説明するための回路図である。
【図５】従来のスイッチング電源における過電圧保護装置の故障時の電圧波形を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３７】
１１・・・商用電源
１２・・・商用電源整流回路
１３・・・電源トランス
１３１、１３１′・・・一次コイル
１３２・・・二次コイル
１３３・・・スイッチング回路
１３４・・・第１の直流電圧フィードバック回路
１３５・・・第２の直流電圧フィードバック回路
１４・・・整流回路
１４１・・・第１の直流電圧
１４２・・・第１の直流電圧フィードバック回路
１４３・・・第１の直流電圧監視回路
１５・・・ＤＣ−ＤＣコンバータ
１５１・・・第２の直流電圧
１５２・・・第２の直流電圧フィードバック回路
１５３・・・第２の直流電圧監視回路
１６・・・負荷
１７・・・マイクロコンピュータ
１８・・・表示器
【図１】
2010017050.tif 000003
【図２】
2010017050.tif 000004
【図３】
2010017050.tif 000005
【図４】
2010017050.tif 000006
【図５】
2010017050.tif 000007